汽車線束避免虹吸的設計與選型*

甘國翠，馬 奎，彭承榮

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

汽車線束作為汽車的神經網絡，起到電源分配和信號傳遞的作用，對汽車的安全駕駛至關重要。線束虹吸進水是汽車線束不易察覺的一種故障模式，因此在線束設計過程中對易產生虹吸的細節進行處理，提升插件防水性能和導線密封性能尤為重要。

1 虹吸進水失效案例分析

1.1 案例描述

汽車間歇性無法掛倒擋問題嚴重影響汽車的正常使用。某車型艙內主線與底盤線對接防水接插件進水，導致12V電源線串電至5V換擋信號線，是造成該車型間歇性無法掛擋的主要原因。艙內對接插件有明顯水珠，端子腐蝕產生銅綠，如圖1紅框所示。

圖1 艙內對接插件進水示意

1.2 插件進水原因分析

技術人員通過魚骨圖（圖2）分析，檢查了線束零件來料情況，排除了線束運輸及裝配過程進水的可能性。同時排查故障車艙內進水情況，未發現艙內地毯飾板等處有水漬及進水的痕跡。最終通過理論分析及實驗驗證鎖定了艙內防水插件進水的途徑：虹吸進水。

圖2 艙內進水分析魚骨圖

解剖主線與底盤線束對接插件后發現，線束導線之間干燥潔凈，無進水痕跡。繼續把接插件后面這段導線剝皮，發現銅絲發黑，有進水的跡象。解剖完底盤線束所有導線，沿著導線銅絲發黑路徑追蹤，發現并不是接插件內所有導線都有進水的痕跡，而是只有部分導線進水，銅絲發黑。這些導線分別對應艙外左右后組合燈的轉向、制動及位置信號線。于是懷疑左右后組合燈防水接插件因密封不合格進水，水通過導線多股線芯之間的間隙，在左右后組合燈同防水接插件的高度差和艙內防水接插件內觸點發熱冷卻后的溫度變化引起的壓差作用下（虹吸現象的機理）滲透到導線內部，繼而滲透到主線與底盤線束對接處的接插件，如圖3所示。

圖3 主線與底盤對接插件虹吸進水路徑

為證實這種猜測，主線與底盤線束接插件吹干后，將其與左右后組合燈相關線路挑出，放到一個新增加的防水接插件上單獨密封，同時原車接插件用盲堵密封相應的后組合燈孔位。整車淋雨10min后，開暖氣30min，放置一晚后，發現原車主線與底盤對接插件無水，新增的防水接插件后組合燈導線進水，遇測水試劑變紅（橙色試劑遇水變紅）。這說明艙外組合燈接插件進水后，水在高度差和內外壓差的作用下虹吸進入到防水接插件內，導致其積水。為了證實艙內選用防水接插件會加速虹吸現象，將進水的相關回路分別調出到防水接插件和非防水接插件上，在相同條件下和相同時間內觀察其進水量，發現防水接插件內進水量顯著，非防水接插件內幾乎無進水現象。

2 防虹吸現象的設計與選型

汽車線束作為汽車的神經網絡，對用電器功能的實現起到舉足輕重的作用。如上述案例中艙外接插件密封不到位及艙內接插件選型不合理，導致虹吸進水后直接影響電器性能，成為汽車安全駕駛中的不可控因素，因此對線束中易產生虹吸的細節進行處理尤為重要。下文從線束布置、防水接插件的選用及防水要求、合點布置要求及密封處理3個方面講述如何在線束設計前期對易產生虹吸現象的細節進行處理，防止進水后虹吸。

2.1 線束布置

線束設計時，線束的三維布置應考慮其走向布置對防水性能的影響，在走向上切斷虹吸進水的路徑。首先搭鐵點、接插件位置盡可能布置在干區或非水流區域。其次整車搭鐵是防水較薄弱的環節，水容易從其滲入電器系統，需使防水電器接插件安裝點高于搭鐵點，且線束搭鐵安裝方向朝下，這樣就能利用安裝位置的優勢，有效防止搭鐵進水后在大氣壓差及液壓差的作用下虹吸進水，水流入防水接插件內影響電器性能[1]。同時濕區接插件的安裝朝向也需向下或水平布置，避免接插件朝上導致尾部蓄水。其次在濕區導線合點及搭鐵點等位置使用熱縮管時，線束布置方式也有一定的要求，均建議采用垂直布置方式，以防止熱縮管內積水，影響其電氣性能[2]。

線束在干濕區之間的鈑金過孔時一般會采用橡膠件密封。此處線束的布置方式及走向需防止進水，從根源上切斷虹吸進水路徑也尤為重要。一是根據水往低處走的原理，干區的線束需高于濕區的線束，以防濕區的水進入干區后虹吸。對于車門橡膠件之類的雙頭橡膠件，則需要靜態側的墊圈孔高于動態側的墊圈孔，且對中心點高度偏移量也有一定的要求，防止水進入干區，從而在根源上防止虹吸進水。二是為了防止出現虹吸現象，干區的線束靠近橡膠件的區域有一段采用稀繞或者不使用包裹物，并選用不吸水的包裹物，比如PVC[2]。

2.2 防水接插件的選用及防水要求

整車可分為濕區和干區兩部分，一般駕駛艙、行李艙為干區，而被水淋到的前艙及后保等為濕區。由于密封的影響，防水型接插件工作時會在接觸點產生熱量，導致溫升，一般認為防水接插件的工作溫度等于環境溫度與接點溫升之和[3]。因此線束回路上不能將防水型接插件放置在艙內干區，非防水型接插件放在濕區或水流路徑上。防止線束進水后在大氣壓差及液壓差的作用下發生虹吸進水，水流進入到艙內接插件內影響電氣性能甚至影響整車安全行駛。如艙內接插件不可避免存在漏水風險，可采用非防水接插件加防水膠套的方式來達到防水目的，如圖4所示。

圖4 非防水接插件+防水膠套的防水方式

汽車濕區接插件在選型時一般需選用防護等級為IPX7及以上的防水型接插件。線徑的選擇應在接插件允許范圍內。同時防水接插件需配備密封墊、防水栓及盲栓，密封墊可以保證線束接插件與用電器接插件之間的密封；防水栓用于端子壓接時將其壓在導線絕緣皮外，防止水從接插件孔位滲入；盲堵則是對接插件的空余孔位進行密封防水。

2.3 合點布置要求及密封處理

合點應盡可能布置在干區或者非水流路徑上。由于電器模塊工作前后存在溫差，溫度升高后下降導致內部壓力減小，布置在濕區非水流路徑上的合點若密封不到位，水從此處滲入線束中，在壓差作用下順著多股銅導線間的間隙滲入艙外低洼處防水型密封接插件內，引起電器模塊故障。應對此虹吸現象，除濕區使用防水接插件外，對合點進行密封也尤為重要，最常用的方式是使用雙臂熱縮管進行密封。

雙臂熱縮管，外層采用優質、柔軟的交聯聚烯烴材料，內層則為熱熔膠復合加工而成。外層材料具有絕緣、防腐和耐磨等優點，內層具有低熔點、防水、密封和高粘接性等優點。其耐壓等級600V，防火等級VW-1，收縮比例有2 ∶1、3 ∶1、4 ∶1，收縮溫度70～125℃，工作溫度-45℃±125℃[4]。熱縮管在工作時，高分子材料隨著溫度由低到高經歷玻璃態到高彈態，玻璃態時性能接近塑料，而高彈態時性能接近橡膠。生產時，將熱縮管加熱到高彈態，并對其施加一定的載荷使其擴張后快速冷卻，使其進入到玻璃態穩固。應用時再次加熱，熱縮管恢復為高彈態，在沒有外加載荷時，迅速回縮，冷卻后進入到玻璃態固定，從而起到絕緣密封的作用[5]。

對于雙臂熱縮管密封過的合點，必須保證兩端有溢出的膠且合點處應位于熱縮管中間位置進行烘烤密封以確保其防水性能，不允許在烘烤熱縮管的過程中出現線皮被烤化、熱縮管被刺破露銅絲的現象，如圖5所示。

圖5 合點雙臂熱縮管合格及不合格示意圖

3 結論

本文結合某車型虹吸進水案例，提出從線束布置、防水接插件的選用及防水要求和合點布置要求及密封處理3個方面對線束防虹吸的細節進行處理。為今后汽車線束防虹吸設計及接插件進水故障排查提供了參考方向。